Heart Failure: Pathophysiology (Hemodynamics & Cardiac Remodeling)
Overview
Heart failure (HF) เกิดจากความผิดปกติของ
- Cardiac
structure
- Cardiac
function
- Neurohormonal
activation
- Hemodynamics
- Ventricular
remodeling
ซึ่งร่วมกันทำให้
- Cardiac
output ลดลง
- Filling
pressure สูงขึ้น
- Tissue
perfusion ไม่เพียงพอ
Classification by LVEF
|
Type |
LVEF |
|
HFrEF |
≤40% |
|
HFmrEF |
41–49% |
|
HFpEF |
≥50% |
LVEF เป็นตัวชี้วัดเชิงคลินิก
ไม่ใช่ตัวแทนของ contractility โดยตรง เพราะได้รับอิทธิพลจาก preload, afterload และ ventricular
remodeling รวมถึงมีความแปรปรวนของการวัดระหว่างวิธีต่าง ๆ
Three Determinants of Stroke Volume
1. Preload
คือ
LV fiber stretch
ก่อน systole
สะท้อนโดย
- LVEDV
- Venous
return
Frank-Starling mechanism
Preload ↑
↓
Sarcomere overlap ดีขึ้น
↓
Stroke volume ↑
จนถึงจุดหนึ่ง
หลังจากนั้น
เพิ่ม preload
ไม่ทำให้ CO เพิ่ม
2. Contractility
คือ
แรงบีบตัวของ myocardium
ที่ preload เท่าเดิม
ขึ้นกับ
Intracellular calcium
เพิ่ม contractility
เช่น
Dobutamine
↓
Stroke volume ↑
ลด contractility
เช่น
Systolic HF
↓
Stroke volume ↓
3. Afterload
คือ
แรงต้านที่ ventricle ต้องเอาชนะแต่ละครั้ง
ขึ้นกับ
- BP
- Aortic
impedance
- Wall
stress
Afterload ↑
↓
Stroke volume ↓
โดยเฉพาะ
ใน HF
Frank-Starling Curve
Normal heart
เพิ่ม preload
↓
Stroke volume เพิ่ม
Advanced HF
Curve
แบนลง
↓
เพิ่ม preload
แทบไม่เพิ่ม stroke volume
แต่
Pulmonary congestion มากขึ้น
Pressure-Volume Loop ใน HFrEF
เกิด
Systolic dysfunction
ทำให้
- Contractility
↓
- ESPVR
(End-Systolic Pressure-Volume Relationship) slope ↓
- Stroke
volume ↓
- End-systolic
volume ↑
- End-diastolic
volume ↑
ผลคือ
Pressure-volume loop
เลื่อนไปทางขวา
Hemodynamic Adaptation
Cardiac output ↓
↓
Sympathetic activation
↓
- HR ↑
- Contractility
↑
↓
RAAS activation
↓
Na + Water retention
↓
Preload ↑
↓
Stroke volume ↑
(ช่วงแรก)
ระยะยาว
กลายเป็น
- Pulmonary
edema
- Congestion
- Remodeling
Diastolic Dysfunction
เกิดจาก
- Hypertrophy
- Fibrosis
- Reduced
compliance
- Abnormal
calcium reuptake
ผลคือ
LVEDP ↑
แม้ volume เพิ่มเพียงเล็กน้อย
↓
Congestion
Afterload Dependence
หัวใจปกติ
Afterload เปลี่ยน
Stroke volume เปลี่ยนน้อย
หัวใจล้มเหลว
Afterload เพิ่มเพียงเล็กน้อย
↓
Stroke volume ลดมาก
ดังนั้น
Afterload reduction
จึงเป็นหัวใจของการรักษา
เช่น
- ACEI
- ARB
- ARNI
- Hydralazine
Ventricular Remodeling
Definition
การเปลี่ยนแปลงของ
- Size
- Shape
- Mass
- Structure
- Cellular
composition
ของหัวใจ
หลังได้รับ
- Pressure
overload
- Volume
overload
- Myocardial
injury
Physiologic Remodeling
พบใน
- Athlete
- Pregnancy
เป็น
Adaptive
Pathologic Remodeling
เกิดจาก
- Hypertension
- Aortic
stenosis
- MR
- MI
- Dilated
cardiomyopathy
เริ่มต้น
Adaptive
แต่ภายหลัง
Maladaptive
Patterns of Remodeling
1. Pressure overload
เช่น
- HT
- AS
↓
Concentric hypertrophy
- Wall หนา
- Chamber
ไม่โต
2. Volume overload
เช่น
- MR
- AR
↓
Eccentric hypertrophy
- Chamber
โต
- Wall
อาจหนาหรือปกติ
3. Myocardial infarction
เกิด
- Infarct
expansion
- LV
dilation
- Spherical
ventricle
- Mixed
remodeling
Cellular Remodeling
เกิด
Myocyte hypertrophy
↓
Cell ใหญ่ขึ้น
Myocyte loss
- Apoptosis
- Necrosis
↓
Contractility ลดลง
Fibroblast activation
↓
Fibrosis
↓
Compliance ลดลง
Collagen remodeling
เกิดจาก
Matrix metalloproteinases (MMPs)
↓
Interstitial remodeling
Molecular Remodeling
มีการเปลี่ยนแปลงของ
- Calcium
handling
- Excitation-contraction
coupling
- Energy
metabolism
- Fetal
gene expression
เช่น
BNP expression ↑
Factors Driving Remodeling
Hemodynamic stress
- Pressure
overload
- Volume
overload
Neurohormonal activation
สำคัญที่สุด
RAAS
Angiotensin II
↓
Hypertrophy
↓
Fibrosis
↓
Remodeling
Aldosterone
↓
Fibrosis
↓
Collagen deposition
↓
Hypertrophy
Sympathetic activation
↓
Progressive myocardial injury
Inflammatory cytokines
เช่น
- TNF-α
- IL-6
- IL-1
อาจมีส่วนในการดำเนินโรค
แต่การยับยั้ง cytokines ยังไม่ให้ผลทางคลินิกที่ชัดเจน
Oxidative stress
Reactive oxygen species
↓
Myocardial injury
↓
Progressive HF
Matrix metalloproteinases
↓
Extracellular matrix remodeling
↓
LV dilation
Reverse Remodeling
สามารถเกิดได้
เมื่อรักษาเหมาะสม
เช่น
- ACEI
- ARB
- ARNI
- Beta-blocker
- MRA
- Cardiac
resynchronization therapy
- Mechanical
circulatory support
ผลคือ
- LV
volume ลดลง
- LVEF
ดีขึ้น
- Survival
ดีขึ้น
Clinical Correlation
|
Pathophysiology |
Clinical consequence |
Treatment target |
|
Contractility ↓ |
Low cardiac output |
GDMT, inotropes (เฉียบพลัน) |
|
Preload ↑ |
Pulmonary/systemic congestion |
Diuretics |
|
Afterload ↑ |
Stroke volume ↓ |
ACEI/ARB/ARNI, Hydralazine |
|
RAAS activation |
Remodeling, fibrosis |
ACEI/ARB/ARNI, MRA |
|
Sympathetic activation |
Tachycardia, remodeling |
Beta-blocker |
|
SGLT2-mediated cardiorenal
dysfunction |
HF progression |
SGLT2 inhibitor |
|
Remodeling |
Progressive HF |
Comprehensive GDMT |
Hemodynamic Progression of HFrEF
Myocardial injury
│
▼
Contractility ↓
│
▼
Cardiac output ↓
│
├─────────────┐
▼ ▼
Sympathetic ↑ RAAS ↑
│ │
HR ↑ Na+/Water retention
Contractility ↑ │
│ ▼
│ Preload ↑
└─────────────┐
▼
Temporary
maintenance of stroke volume
│
▼
Progressive
remodeling
│
LV dilation +
Fibrosis + Hypertrophy
│
▼
Contractility
↓↓↓
│
▼
Progressive Heart Failure
Clinical Pearls
- LVEF
ไม่ใช่ตัวแทนของ contractility โดยตรง แต่สะท้อนผลรวมของ contractility, preload, afterload และ ventricular remodeling
- Frank-Starling
mechanism มีประโยชน์เฉพาะในระยะต้นของ HF เมื่อโรครุนแรงขึ้น การเพิ่ม preload จะเพิ่มความดันในหัวใจและปอดมากกว่าการเพิ่ม
cardiac output
- Pathologic
remodeling เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ HF ดำเนินโรค และเป็นเป้าหมายหลักของ Guideline-Directed Medical Therapy
(GDMT) ซึ่งสามารถชะลอหรือทำให้เกิด reverse
remodeling ได้ โดยเฉพาะการใช้ ARNI/ACEI/ARB, β-blocker และ
MRA
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น